Содержание
Первая электроника в автомобиле
М. Ленц (перевод А. Биленко)
Эволюция и революция интеллектуальной силовой электроники
Быстрый прогресс электроники и её стремительное проникновение почти во все области нашей жизни особенно заметны на примере автомобиля. В настоящее время в автоэлектронике происходит эволюция подходов к различным проблемам, что даёт основание надеяться на рождение революционных инженерных решений уже в самое ближайшее время.
Изменение оборудования современного автомобиля можно представить в виде многих маленьких, быстро следующих друг за другом шагов, причём в большинстве случаев это не грозит автомобилистам чрезмерными дополнительными затратами на электронику. В последнее время она всё шире используется, например, для управления сгоранием топлива в двигателе, в устройствах контроля за состоянием отдельных агрегатов и систем, для управления исполнительными механизмами и так далее.
Сходная ситуация имеет место и в системах, обеспечивающих безопасность, например, в антиблокировочной системе тормозов (ABS), надувных подушках безопасности и в контроле за шасси. А в так называемых «Body-Covenience»-системах, с которыми человек находится в непосредственном контакте, это просто естественно, и водитель при использовании, например, навигационной системы, должен быть абсолютно уверен, что множество микропроцессоров делают своё дело как надо.
Для управления и организации взаимодействия отдельных блоков электронной начинки автомобиля необходима специальная магистраль, которой в современном автомобиле может являться сеть CAN (Controlled Area Network), обеспечивающая независимое и одновременное управление через общую шину (рис. 1).
Рисунок 1. Система общей шины в современном автомобиле
Эволюция в автомобильной электронике
В принципе, прогрессивная эволюция автомобильной электроники приветствуется всеми. Однако каждая дополнительная функция увеличивает стоимость автомобилей, чрезмерное давление которой одновременно на производителя и потребителя испытывают сегодня во всём мире.
Не является исключением и автомобильная электроника. Поэтому логически оправданным является стремление к стандартизации отдельных компонентов, а специализация устройств всё в большей степени достигается путём реконфигурации программного обеспечения.
Пути оптимальной интеграции электронных систем управления
Основой современных электронных систем управления ECU (Electronic Control Unit) (рис. 2) является, как правило, микроконтроллер с окружающими его датчиками, модулями ввода/вывода, исполнительными элементами и т.п.
Рисунок 2. Структурная схема ECU
Для достижения максимально возможной надёжности оптимально, чтобы все блоки ECU могли быть интегрированы в монолитном кристалле или, по крайней мере, представляли собой многокристальный модуль в отдельном корпусе — МСМ (Multi-Chip-Module). У фирмы Infineon, например, для этих целей разработана специальная фирменная технология SPT (Smart Power Technologies).
С помощью этой технологии можно интегрировать в монолитном кристалле элементы аналоговой обработки сигнала (биполярные транзисторы), схемы стандартной CMOS-логики, а в некоторых случаях и мощные переключающие DMOS-транзисторы. Анализ функций отдельных блоков ECU показывает, что практически все они пригодны для интеграции в чипе, за исключением контроллеров и сильноточных элементов. На сегодняшний день интеграция контроллеров не представляется рациональной, так как плотность упаковки при использовании низковольтной CMOS-технологии почти на порядок больше, чем для SPT. Этот разрыв сохранится, вероятно, и в будущем. Кроме того, в SPT используется большее число масок, чем в стандартной CMOS-технологии, что является важным аргументом в пользу уменьшения издержек.
Так называемая «U-L-I диаграмма» (рис. 3) даёт хорошую возможность классифицировать степень интеграции микросхем класса Smart-Power. Так называемые I-чипы содержат функции преобразования напряжения и ввода/вывода микроконтроллеров. Чипы типа L содержат дополнительные функции интерфейсов для датчиков или контактов, а также для управления микроконтроллерами (например, Сброс, Сброс по включению питания, Сторожевой таймер). Чипы типа U содержат практически все интегрируемые функции управления микроконтроллером, к которым, помимо уже описанных, относятся драйверы управления двигателями, лампами, реле и так далее, а также схемы управления и диагностики внешних сильноточных MOS-переключателей. Чипы типа U находят применение, прежде всего, в системах управления ABS и надувными подушками безопасности, которые должны обладать высокой степенью надёжности. Для этих целей технология SPT уже проявила себя с очень хорошей стороны.
Рисунок 3. U-L-I диаграмма разделения ECU. Максимально высокая интеграция не всегда приводит к оптимуму
Все активные и пассивные системы безопасности невозможны без сложной электроники. Но в них полная диагностика всех частей систем является обязательной, а это, в сочетании с требуемой очень высокой надёжностью, ведёт к определённой избыточности. Поэтому неудивительно, что уровень интеграции в таких ECU намного выше. На рис. 4 представлена схема электронного блока с 4 каналами управления надувными подушками безопасности (водитель, пассажир и две боковых). Чип включает все периферийные функции управления и контроля всех 4 каналов надувных подушек безопасности.
Рисунок 4. Мощная ИС включает все периферийные функции управления и контроля 4-канальной системы надувных подушек безопасности
При расчёте производственных затрат, в зависимости от ожидаемого объёма выпуска, получается, что I-чип регулятора напряжения, CAN-трансивер, управление контроллером (Window Watch-dog и Reset), а также дополнительные функции, обычно реализуемые в так называемом основном системном чипе (SBC), во многих ECU должны быть совмещены.
Разработка оптимального U-L-I0 варианта или так называемого «Application Specific Standard Products» (ASSP) является серьёзной проблемой, разрешить которую в будущем можно лишь при тесном сотрудничестве между производителями автомобилей, систем управления и собственно кристаллов.
Особые качества требуют особых мероприятий
Если ECU должен содержать модуль для управления большими нагрузками, например стеклоподъёмниками, то оптимум издержек достигается другой схемой разбиения функций.
Такой модуль, наряду с имеющимися в каждом ECU регулятором напряжения, CAN-трансивером и так далее, может содержать устройства блокировки замков дверей (Door-lock), управления стеклоподъёмниками, управляющие интерфейсы, а в передних дверях, дополнительно, полное управление наружными зеркалами.
С точки зрения современных потребностей автомобильной электроники, фирма Infineon разработала свой модуль с оптимальными издержками и оптимальным разбиением функций.
Учитывая, что в двери автомобиля места предостаточно, не рационально повышать степень интеграции этого модуля, так как польза будет весьма незначительной.
Существенным параметром для изменения распределения функций и степени интеграции является мощность рассеивания в исполнительных механизмах устройства управления автомобиля. Оптимизация такого распределения удешевляет систему теплообмена, а улучшение условий отвода тепла, в свою очередь, приводит к существенному снижению расхода бензина.
Фраза «Полупроводники вместо вентилятора» выражает стратегию отделения автоэлектроники фирмы Infineon. Задачи управления сильноточными устройствами — стеклоподъёмниками и блокировкой дверей — решаются с использованием технологии TrilithIC. Изделия TrilithIC появились в 1996 году и базируются на использовании вертикальной Smart-MOS-Transistor-технологии и конструктива «чип за чипом».
В феврале 2001 года появилось второе поколение этих продуктов со значительно лучшими характеристиками и меньшими издержками при серийном производстве.
Для монолитных ИС преимущества TrilithIC ещё более значительны. Мостовые микросхемы семейства BTS 78ХХ с очень низкими проходным сопротивлением, пожалуй, ещё долго не будут такими же дешёвыми, как монолитные; здесь гибридные MCM с вертикальными чипами имеют явные преимущества. Особенно заметно это в мощных MOS-транзисторах, производимых по технологии OptiMOS. Здесь достигнуты большие успехи в уменьшении внутреннего сопротивления при одновременном увеличении надёжности. На рис. 5 показана величина сопротивления Opti-MOS изделий в корпусе D2-Pack (TO220) в сравнении с главными конкурентами.
Рисунок 5.Остаточное сопротивление транзисторов OptiMOS в корпусе ТО220 в сравнении с основными конкурентами (С1, С2)
Всё это необходимо учитывать при реализации даже классической схемы на базе традиционного контроллера со встроенными функциями ввода/вывода информации или аналого-цифрового преобразования.
Такая «распределённая интеллектуальность» (Smart-Par-titioning) между силовой частью кристалла и контроллером условно показана на рис. 6. Тем не менее, эволюция имеет границы. При всё возрастающей степени электрификации автомобилей потребление тока непрерывно растёт. И нужно понимать, что 12-В бортовая сеть уже в недалёком будущем не сможет удовлетворять всем требованиям.
Рисунок 6. Граница между микроконтроллером и периферийными схемами постоянно находится в движении. Оптимум «Smart-Partitioning» сдвигается в сторону высокой интеграции
Революция в автомобиле придет с фактором 3
В недалёком будущем начнётся революция в автомобилестроении.
В частности, рост требований к потреблению электроэнергии и охране окружающей среды дают чёткое обоснование необходимости повышения мощности бортовой сети.
Мощность является одним из трёх факторов в пользу использования более высокого напряжения бортовой сети, а именно 42 В. Таким образом можно будет управлять более чем в 10 раз большей мощностью при таких же значениях сопротивления электронных коммутаторов.
При этом значительно уменьшается роль электромеханических реле, в основном из-за больших токов, возникающих при коммутации контактов. Вместе с тем, определяющим фактором в пользу электронных коммутаций является стоимость. На примере моста для управления двигателем стеклоподъёмника можно продемонстрировать преимущества 42-В бортовой сети (рис. 7).
Рисунок 7. Мощность потерь уменьшается пропорционально квадрату тока; при увеличении напряжения в три раза так изменяется требуемая величина остаточного сопротивления
Внедрение 42-В технологии уже не остановит разработчиков ни перед какими субфункциями, которые потребуется реализовать с помощью электроники в автомобиле. Таким образом электроника проникнет в такие классические области чистой механики, как мотор и трансмиссия, то есть туда, где есть потребность в линейных перемещениях и вращающихся моментах. Электрический ток легко превращается в механический момент, поэтому говорят об «электрических мускулах», которые могут быть реализованы в виде самостоятельных ECU (рис. 
и мехатронных актуаторов (механико-электронных исполнительных механизмов).
Рисунок 8. Трёхфазный двигатель с «интеллектуальным» управлением особенно хорошо подходит для мехатроники; в диапазоне мощностей до 1 кВт в автомобиле имеется множество таких применений
В частности, множественные клиноременные передачи могут быть заменены децентрализованными, существенно более эффективными электрическими приводами.
Управляемые электронными устройствами двигатели в таких агрегатах приобретают особенное значение, поскольку компактны и обладают высокой надёжностью.
В настоящее время энергия, произведённая в двигателе внутреннего сгорания с механической коробкой передач/трансмиссией, распределяется в соответствии с рис. 9 (слева).
Рисунок 9. Сравнение — сегодня и завтра: новая 42-В бортовая сеть революционизирует архитектуру современного автомобиля
Следующие варианты будут выглядеть по-иному (рис. 9, справа), обеспечивая децентрализованное распределение энергии для всех агрегатов. Это является определяющим для новой архитектуры, которая способна обеспечить не только длительную постоянную мощность для всех новых потребителей, но и пиковую импульсную мощность, равную по порядку величины мощности всего двигателя внутреннего сгорания, с помощью так называемой системы Super-Caps.
Таким образом полностью «электрифицируются» процессы запуска двигателя и все вращающие моменты рулевого управления. Распределение энергии обеспечивает один модуль управления на базе интеллектуальных силовых микросхем. Сегодня сильноточный модуль фирмы Infineon PROFETS (protected-FET) управляет токами до 1000 A и является наилучшим для подобных применений.
Такое изменение парадигмы обусловливает использование «умных» микросхем на более широком фронте.
Речь может идти о других «классических» автомобильных приложениях, близких к бытовой электронике, например, аудиотехнике. Здесь механические устройства, например, проигрыватель компакт-дисков или кассет заменяются на MPEG3-проигрыватель, зеркала — цифровой или видеокамерой, видеомагнитофон — жёстким диском или DVD. В скором времени даже вращающийся жёсткий диск вынужден будет конкурировать с оптическими носителями данных или электронной памятью больших объёмов.
Новая архитектура автомобиля содействует развитию многих новых, высокоэффективных приложений, а также снижению выбросов вредных веществ. Например, двигатель внутреннего сгорания может начинать работу только то-гда, когда число оборотов стартёра достигло определённого значения.
При оптимизированной системе впрыска топлива существенно сокращается расход бензина при городском цикле движения в так называемом режиме «Start-Stop-Drive» (мотор выключается при каждой остановке на светофоре и затем перезапускается электрически). В недалёком будущем, когда произойдёт замена всех клапанов и вентилей на электромагнитные, в бензиновых системах прямого впрыска (GDI — gasoline direct injection) или в дизельных (DDI — disel direct injection) тенденция к оптимизации расхода топлива сохранится. Механическую связь педали акселератора и клапана карбюратора или системы управления впрыском заменят существенно более надёжные электронные блоки (drive by wire). Прорабатывается даже полная электронная гидравлика для тормозных систем, а также замена механического рулевого управления электронным.
Однако, для производства такие процессы, как подключение электроники к гидравлике, пока ещё весьма дорогостоящи. Но когда это случится, динамику шасси будут отслеживать «умные» амортизаторы. Кроме того, будет совершенствоваться обычная ABS, дополняя объединённую систему стабилизации управляющим воздействием на систему управления двигателем.
Технологии «интеллектуальной» силовой электроники для автомобиля с 42-В бортсетью
Отделение автоэлектроники фирмы Infineon уже в течение 5 лет работает над созданием оптимальных решений для грядущего перехода на 42-В бортсеть, разрабатывая новые технологии производства самих кремниевых пластин и технологию корпусирования.
Так, например, заново разработан MOS-транзистор для высокопроизводительных систем отопления, который помимо повышенных требований к защите, должен обеспечивать контроль температуры в реальном времени. Эта задача решена с помощью структуры «чип на чипе», выполненной с использованием модифицированной технологии OptiMOS+.
Сегодня у фирмы имеется полная палитра технологий, ориентированная на пробивное напряжение 75 В. Разработаны специализированные технологии для силовых MOS-транзисторов, интеллектуальных переключателей (Smarte High Side и Low Side), модулей управления электрическими двигателями, DC/DC-преобразователей, коммуникационных, интерфейсных и управляющих систем. Поэтому можно с уверенностью сказать, что практически весь ряд продукции для всех систем современного автомобиля с 42-В бортсетью прошёл испытания и готов к использованию. В настоящее время уже полностью закончена разработка целого ряда DC/DC-преобразователей, которые понадобятся особенно в переходный период. Они отличаются чрезвычайно низким уровнем электромагнитных излучений.
Новая концепция — системная, её техническая база определяется теперь в тесном сотрудничестве с большинством ведущих производителей автомобилей, для чего была создана специальная международная группа. В распоряжение этой группы до конца 2001 года поступят образцы всей продукции, включая модуль ECU.
Эволюция в автоэлектронике к более высокой интеграции полупроводников и прогрессивной системной интеграции наталкивается на всё большее количество физических границ (внутреннее сопротивление; температурная прочность контроллеров; плотность элементов и проводников и многое другое), поэтому до истинно монолитного решения ещё предстоит пройти трудный путь.
В будущем оптимальные решения будут постоянно меняться — синхронно с быстрым развитием ключевых технологий. Однако во всех случаях основополагающим моментом является — и это абсолютно неизменно — оптимизация издержек совокупной системы, что будет определять направление развития и возможность сравнения при сохранении общей надёжности систем. Революция в автоэлектронике возможна только при реализации множества дополнительных возможностей в «интеллектуальной» силовой электронике. Поэтому доля использования полупроводников в автомобиле, которая с 1998 до 2003 года увеличится до 9,8%, в период 2005–2010 гг. значительно возрастёт, и в частности, за счёт «интеллектуальной» силовой электроники.
Для скорейшего внедрения 42-В техники и использования всех преимуществ новой концепции важно тесное и эффективное сотрудничество производителей полупроводников с производителями и поставщиками автомобилей, так как их специфические ноу-хау могут быть использованы только при тесном эволюционном контакте.
ТЕХНОЛОГИИ, ИНЖИНИРИНГ, ИННОВАЦИИ
Измеритель диаметра, измеритель эксцентриситета, автоматизация, ГИС, моделирование, разработка программного обеспечения и электроники, БИМ
Умные автомобили: история и перспективы
Наряду с развитием механических систем автомобиля инженеры постоянно стремились добавить что-то в электронную начинку, сделать машину безопаснее, управляемее и умнее. Сегодня для этого есть все предпосылки: ИТ-отрасль развивается огромными темпами, автопроизводители готовы сотрудничать и вести перспективные разработки, корпорации вкладываются в развитие автотранспорта. Между тем, «ум» автомобилей развивался поступательно, на протяжении более полувека. Всё это время он принимал разные формы и уходил в разные концепции: от безопасности до развлечений. Современный виток эволюции зашёл так далеко, что уже непонятно, софт определяет железо или железо – софт.
Вспомним, как всё начиналось
Первой технологической революцией в автомобилестроении стал интерес автомобильных компаний к электрическим стартерам — их впервые установили в 1911 году. Затем нововведения стали касаться удобства водителя и даже его развлечений за рулём: в 1925 году появился прикуриватель, в 1930 — радио, в 1956 — усилитель руля, в 1970 — кассетная дека, в 1984 — надувные подушки безопасности. Годом позже — проигрыватели компакт-дисков, в 1994 году — панель приборов компьютерной диагностики автомобиля, в 1995 — GPS, в 2000 — USB и Bluetooth, первые ласточки «подключённого» ко всему автомобиля.
Первый опыт создания умной машины произошел в середине ХХ века. General Motors Firebird II — четырёхместный автомобиль 1956 года с независимой подвеской. Под титановым корпусом скрывался газотурбинный двигатель Whirlfire GT-304 на 200 л.с., электропакет и интегрированная система кондиционирования воздуха уровня не хуже, чем в начале XXI века. Firebird II в плане дизайна и эргономики продолжил версию автомобиля 1953 года, который был назван «реактивным самолётом на колёсах» (разработчики и инженеры, действительно, вдохновлялись концептами истребителей того времени). Однако в Firebird II впервые была применена структура для поездок по шоссе будущего — сложная система управления, которая должна была взаимодействовать с электрическим проводом, встроенным в проезжую часть, чтобы посылать сигналы и служить ориентиром для новейших автомобилей. Предполагалось, что электромагнитное поле минимизирует опасные ситуации на дороге, сократив человеческий фактор. По тем временам это была слишком смелая модель, которая произвела фурор на выставках, но так и не попала в серийное производство.
Шоссе будущего строились в Европе и США. Первым серийным автомобилем, который стал реально с ними взаимодействовать, был Citroen DS — легендарная легковушка, занявшая третье место в рейтинге автомобилей века. Маломощный двигатель 75 л.с. ничем не выделялся в те времена, но зато автомобиль отличала передовая трансмиссия, объединённая с рулевым управлением, тормозами и гидропневматической подвеской. Такая конструкция опередила развитие автомобилестроения на много лет вперёд. Citroen DS умел взаимодействовать с шоссе с помощью электрического сигнала, однако ни о каком самостоятельном автопилоте не шло и речи — это была больше забава. Кстати, именно невероятная популярность, передовые технологии и пусть и относительно иллюзорный, но автопилот сделали этот Citroen летающим автомобилем Фантомаса.
Эксперименты с бортовыми компьютерами в 60-70 гг. проводились, но так и не вошли в серию. Стоит вспомнить экспериментальный Chrysler Plymouth, который оснастили бортовым компьютером (ну, насколько можно назвать бортовым компьютер, который занимал половину заднего сидения) и генератором для питания системы, выведенным на крышу автомобиля. Лабораторные испытания проводились в течение 10 лет, но ни о какой серийности производства не могло быть и речи.
Тем не менее, ни инженерная мысль, ни фантазия футуристов не останавливались ни на минуту — человечество искало в автомобилях не только роскошь или средство передвижения, но и умного помощника, способного облегчить жизнь, сделать безопасными дороги, работать за человека. Такое стремление получило отражение и в кинофильмах — после нескольких фильмов с «говорящими» машинами настоящими хитами стали серия фильмов о Джеймсе Бонде с его навороченными автомобилями и, конечно же, легендарный «Рыцарь дорог». Умный, обладающий чувством юмора автомобиль КИТТ на базе Pontiac Firebird Trans AM не только развивал скорость под 500 км/ч и был практически неуязвим, но и умел разговаривать, ездить на полном автопилоте и контролировать все электронные устройства на расстоянии.
КИТТ внутри
Наверняка утилитарная реальность не совпала с мечтаниями инженеров прошлого — на формирование облика современных умных автомобилей оказала влияние коммерция и пресловутая бизнес-целесообразность.
- Автоконцерны стали стремиться удовлетворять требования массового потребителя, который избалован ИТ-индустрией. Умом автомобилей стал круиз-контроль, медиа-устройства для проигрывания контента, встроенные телефоны в 80-90-е и проч.
- Производители планшетов и смартфонов стали лоббировать свои интересы, чтобы встроиться в автомобили (например, в некоторые автомобили BMW встроены планшеты Samsung).
- Пользователи стали предъявлять повышенные требования к электронной начинке: от развлекательного контента до систем безопасности и возможности работать с оповещениями по состоянию автомобиля.
Современные умные автомобили
Один из первых прототипов предложила компания Google — Google Car. Это мини-автомобиль с беспрецедентным уровнем автономности. Машина рассчитана на двух человек, имеет два двигателя, нестандартные материалы кузова, полностью электрическая, развивает скорость до 25 миль/час (чуть больше 40 км/ч), управляется с кнопки пуска и не требует присутствия человека кроме как в роли пассажира. Естественно, она интегрирована с сервисами Google — на центральной консоли можно посмотреть ролики и фильмы на Youtube, поработать с почтой, посерфить в Chrome. Кстати, автомобиль построен также Google, поскольку предыдущие партнёры Lexus и Toyota ожидаемо накладывали множество ограничений на рискованные эксперименты. Выйти на массовый рынок личного автотранспорта крайне сложно, и в декабре 2016 года Google (точнее, холдинг Alphabet) свернул проект по созданию своего беспилотного автомобиля. Компания продолжает разрабатывать автопилоты, но уже для обычных автоконцернов.
Операционные системы автомобилей
Наверняка у большинства читателей первым в голову придёт OS Android. Действительно, эта операционная система присутствует в автомобилях, причём не только на встроенных планшетах. Распространение системы началось с создания альянса Open Automotive Alliance, в который вошли собственно Google, NVIDIA, Audi, General Motors GM, Honda и Hyundai. Нельзя забывать и о Tesla, на борту которой стоят крупные 17-дюймовые дисплеи на базе Android. Однако пока что использование этой операционной системы нацелено в основном на создание информационной и развлекательной начинки автомобиля, включая навигационные функции. В скором будущем новая платформа должна будет обеспечить увеличение комфорта и рост уровня безопасности автомобилей.
iOS не отстаёт от конкурента и, пока весь мир ждёт к 2020 году первый i-мобиль или i-Car (поговаривают, это будет что-то беспилотное на базе BMW i3), Apple реализовала систему Apple Carplay, которая позволяет соединить систему управления автомобилем с iPhone от 5-го и выше. Пока не все автомобили поддерживают систему, но большинство топовых производителей уже в списке. Конечно, и здесь об операционной системе не идёт речи — просто интеграция устройств на iOS в инфраструктуру бортового компьютера. Опять развлекательный аспект выходит на первое место — здесь и разговоры hands-free, и голосовое управление iTunes. Кстати, разработка беспилотника Apple строго засекречена — попробуйте найти что-то, кроме общих фраз, про проект Project Titan.
Microsoft революцию тоже не совершил, но выбрал другой вектор развития и нацелился на голосовое управление функциями автомобиля, чтобы не отвлекать водителя от дороги. То, что происходит с ПО Microsoft для автомобилей можно описать как полностью встроенный в машину смартфон. Ну то есть можно ждать шуток из разряда «подожди, я телефон припаркую».
Уже в этом году пройдёт тестирование автономной системы вождения Drive Me от компании Volvo. Опять же, назначение автономки — пока удобство водителя и безопасность движения в том случае, если хозяин автомобиля захочет, к примеру, пообедать за рулём или набрать пару сообщений в мессенджере. Мониторить окружающую обстановку, включая передвижение пешеходов, можно будет с помощью хитрой комбинации радаров, камер и лазеров. Volvo акцентирует внимание на том, что они делают реальные системы для реальных дорог и потребителей.
К испытаниям Volvo планирует привлечь самых обычных людей разных полов, возрастов, с разным водительским стажем. В ходе тестирования компания планирует собрать «терабайты данных» о безопасности, юзабилити, потребительском опыте, транспортных потоках, эффективности использования энергии. На основе этих данных система будет дорабатываться. Базовый автомобиль для тестирования — XC90s.
В 2015 году на Женевском автосалоне итальянское ателье Italdesign Giugiaro представило автомобиль GEA (есть версия, что это был отчасти прототип Audi A9, кто-то ссылается на ближайшее будущее Audi) с полностью автономным управлением. В связи с тем, что водителю за рулём (штурвалом-джойстиком) делать особенно нечего, в GEA предусмотрено три режима: рабочий кабинет, тренажёрный зал и комната отдыха. В режиме Business салон предоставляет два 19-дюймовых монитора и разворот сидений для удобной беседы. Wellness-режим даёт инструкцию по выполнению упражнений на ручках, встроенных в заднее сиденье. Наконец, режим Dream обеспечивает водителя обширной кроватью для сна. Ко всем вариантам работы подбирается атмосфера и освещение. Автомобилем можно управлять со смартфона через специальное приложение. Технические характеристики концепта тоже выдающиеся: 4 двигателя общей мощностью 775 л.с., длина 5370 мм, максимальная скорость 250 км/ч.
Черты Audi явно считываются
Нельзя оставить обзор умных автомобилей без внимания к легендарной и, пожалуй, самой немецкой марке — BMW. Баварский автопроизводитель редко оглядывается на других и идёт в арьергарде рынка за счёт дизайна и технологий. Согласно отчёту KPMG, концерн лидирует в технологиях умных и беспилотных автомобилей.
В случае с умными автомобилями история такая: кроме беспилотных версий, о которых скажем чуть ниже, есть серийные автомобили, которые используют всё, что было создано для смарткаров нашего времени. На начало 2017 года среди лидеров — BMW i8, гибридный BMW X5 PHEV и BMW 7 (который, кроме всего прочего, проецирует данные приборной панели на лобовое стекло, имеет сильно обновлённый iDrive и воспринимает управление сенсором жестами). Эти модели BMW (как и другие) оснащены большим количеством датчиков и умны именно с точки зрения безопасности — они анализируют ситуацию на дороге и, имея в памяти огромное количество информации, буквально прогнозируют неблагоприятные события, тем самым предотвращая их. Также в BMW встроена SIM-карта оператора Vodafon, которая работает в роуминге в сетях практически любого сотового оператора мира (в России — всех) и передаёт важную информацию: водителю — о необходимости очередного ТО, уровне заряда аккумулятора, ближайших автосервисах, пунктах помощи и даже гостиницах, ресторанах и проч., а от водителя — о критических ситуациях на дороге. Так, можно вызвать помощь одной кнопкой SOS и оператор получит данные владельца и точные координаты происшествия. Если до кнопки дотянуться невозможно — автомобиль сам передаст сигнал бедствия специальным службам.
Х5 с гибридным двигателем
Совместно с Mobileye и Intel компания BMW разрабатывает беспилотную программно-сетевую платформу iNEXT, которая будет предназначена как для установки на автомобилях концерна, так и для продажи другим автопроизводителям. В 2021 году BMW планирует выпустить робомобиль третьего уровня, который по-прежнему будет требовать присутствия человека (четвёртый уровень — возможно заниматься чем угодно, кроме вождения, пятый уровень — автомобиль сам поедет, куда вам (ему?) надо).
От колёс просто невозможно оторвать взгляд
Программное обеспечение автомобилей
AUTOSAR (AUTomotive Open System ARchitecture) — организация, которая своей целью имеет создание стандартизированной открытой структуры программного обеспечения для электроники автомобиля, кроме информационно-развлекательных систем. Такой софт должен быть масштабируемым (распространяться на разные автотранспортные средства и платформы), локализируемым, соответствующим требованиям к безопасности и ремонтопригодным на всём сроке жизни автомобиля. Стандарт AUTOSAR распространяется на электронику кузова, силового агрегата, шасси и системы безопасности, а также на мультимедийные системы, телематику и интерфейс взаимодействия водителя с автомобилем.
Стандартный протокол бортовой электроники FlexRay — высокоскоростной сетевой протокол для автомобилей, разработанный мировым консорциумом FlexRay, основоположником которого является компания NXP совместно с BMW, DaimlerChrysler, Bosch, GM и Volkswagen. Скорость передачи данных по нему достигает 10 Мбит/с. Он в десятки раз быстрее современной шины CAN (Controller-Area Network) и тем более — уже устаревшего и совсем медленного диагностического OBD (On Board Diagnostic). Контроллеры FlexRay будут работать для целей контроля тех частей автомобиля, в которых вопрос современной диагностики равен вопросу жизни и смерти: двигателя, трансмиссии, подвески, тормозов, рулевого управления. Также протокол в принципе должен расширить возможности бортового управления.
Automotive Safety Restraints Bus specification (ASRB 2.0) — стандарт электронных систем автомобиля, отвечающих в том числе за физическую безопасность водителя и пассажиров.
Автопилоты, автопарковки и системы навигации — программное и аппаратное обеспечение, без которого вождение скоро будет сложно представить. К тому же, на эти системы уже сейчас возложена функция безопасности и защиты (например, вызова спецслужб в случае серьёзного ДТП), а в будущем эта функциональность только увеличится.
Своё применение находят в автомобилях и типичные для IoT (интернета вещей) решения: так, например, GM сотрудничает с IBM в целях применения Watson для умных автомобилей. Нельзя не упомянуть главную проблему ПО для автомобилей — оно должно учитывать особенности железа, которое может использоваться даже более десяти лет, а значит, должны быть передовые возможности обновлений. А ещё лучше — софт, опережающий время.
Подробно о ПО умных автомобилей можно почитать в материале Compress.
О Tesla написано настолько много и подробно, что даже скучно рассказывать. Но не упомянуть этот проект просто невозможно. Прежде всего, из-за уникальной для серийного автомобиля автономности: набор сенсоров защищает автомобиль от столкновений, а 360-градусная камера распознаёт дорожную разметку, перекрёстки, другие автомобили и транспортные средства, пешеходов. Таким образом, автомобиль самостоятельно регулирует управления и скорость движения. В процессе использования автомобиля автопилот самообучается и заодно передаёт данные на серверы компании Tesla Motors, сотрудники которой проводят анализ и совершенствуют систему.
В основе электронной начинки Tesla Model S лежит информационно-управляющая система на двух процессорах Tegra3, первый из которых отвечает за приборы и датчики, а второй — за развлечение и информирование водителя посредством 17-дюймового дисплея. Программное обеспечение основано на ядре Linux и специальной оболочке, разработанной в компании Tesla Motors. Обновления ПО выпускаются достаточно часто и загружаются «по воздуху».
Tesla Model X
Faraday Future — калифорнийский стартап, финансируемый китайской компанией LeEco, которая пытается создать свою экосистему и производить буквально всё. Уже из названия проекта ясно, что речь идёт об интеллектуальном электромобиле и из него же очевидно, что главным конкурентом создатели стартапа считают Tesla. После череды слухов о банкротстве и провале проекта компания презентовала серийный полностью электрический кроссовер Faraday Future FF 91 в довольно необычном обтекаемом дизайне кузова. Автомобиль получился габаритным (5250 мм в длину, 3200 мм колёсная база) и эргономичным, с низким (0,25) коэффициентом лобового сопротивления. Нативная платформа Variable Platform Architecture (VPA) включает 4 электромотора и блок аккумуляторов. Мощность электромоторов в совокупности — 1050 л.с., разгон до сотни за 2,4 секунды.
Технологии Faraday также впечатляют: 10 камер кругового обзора, 13 радиолокационных датчиков, 12 ультразвуковых датчиков и один сканер 3D LIDAR (лазерная версия радара, та самая пипка на капоте). В автомобиле можно настраивать учётные записи FFID, которые «узнают» водителя в лицо и тут же настраивают опции автомобиля именно под него.
К слову, этот кроссовер — ещё мягкий вариант китайского электроавтомобиля, первый концепт имел сверх дерзкий дизайн. Дела у компании идут с переменным успехом: в ноябре 2016 LeEco заявил о нехватке средств и жесткой экономии, а буквально несколько дней назад на CES в Лас-Вегасе кроссовер был представлен публике, но не без технических сбоев. Запуск серийного производства запланирован на 2018 год — скоро увидим, чем закончится история китайского конкурента Tesla.
Одна из самых перспективных сфер применения платформ для беспилотных автомобилей — грузовой транспорт, который применяется в строительстве, промышленности, сельском хозяйстве. Mercedes создал беспилотник Future Truck 2025, предназначенный для передвижения по крупным трассам. Автопилотные функции реализованы на основе двойных камер, датчиков, радиолокации и технологии «мёртвой точки». Специальные радары прослушивают и просматривают дорогу, оценивая рельеф или, например, улавливая спецсигналы автомобилей экстренных служб. Во время автопилотирования водитель должен находиться внутри но может комфортно расслабиться с планшетом в руках. Для управления машиной в городских условиях такой фурой нужен водитель.
Примерно так мы и представляем дальнобойщика будущего
К тестам беспилотной версии приступил и российский КамАЗ. «КамАЗ» совместно с Cognitive Technologies и «ВИСТ Групп» реализует проект беспилотного автомобиля, который будет сам управлять педалями газа и тормоза, приводом руля и автоматической коробкой передач. Базой для прототипа стал серийный КамАЗ-5350, на котором установлены четыре видеокамеры, три радара и лидар — активный оптический сенсор, выполняющий роль лазерного дальномера. В кабине размещены приводы органов управления и два компьютера, соединенных локальной сетью Ethernet. Беспилотный КамАЗ использует технологию пассивного компьютерного зрения: грузовик менее, чем за 0,3 секунды обнаруживает препятствия на своём пути, распознаёт дорожные знаки и сигналы светофора. В отличие от зарубежных беспилотных автомобилей, КамАЗ проникся российской реальностью и не работает на основе распознавания дорожной разметки, нанесённой на идеально ровное шоссе.
Можно уверенно сказать, что мы живём в эру умных автомобилей, которые будут относиться к одной из трёх групп: напичканные электроникой привычные машины, беспилотные автомобили и электронные помощники. Лишний пример тому — не упомянутые выше, но присутствующие на рынке смарткаров VW iBeetle с экосистемой Apple — все бортовые электросистемы интегрированы с iPhone, и даже громоздкий и неуклюжий с виду пикап Ford F-150 с голосовым управлением. Это серийные автомобили, доступные к покупке и готовые работать на своего хозяина. В любом случае, очевидно, что развитие электронной и программной составляющей автомобилей будет развиваться, ища компромисс между потребностями в безопасности, информационной составляющей и развлечением.
Но больше всего хочется, чтобы несмотря на огромные возможности электроники осталось субъективное, но такое главное — удовольствие за рулём.
Посмотрите, как выглядели первые электромобили. Есть даже молоковоз и луноход!
Рассказываем, каким был мир электротранспорта до Nissan Leaf и Tesla Roadster.
Morrison (1890)
Первым коммерческим электромобилей принято считать Morrison Electric, выпущенный в 1890. Новинка была построена на базе обычной пассажирской коляски. 24 элемента батареи размещались под передним сидением. Для полной зарядки электромобиля требовалось 10 часов.
Morrison Electric развивал скорость до 20 км/ч. На одной зарядке электромобиль мог проехать до 160 километров.
В 1893 году Morrison Electric выставлялся на Колумбийской всемирной выставке в Чикаго, а в 1895 году автомобиль принимал участие в первой автомобильной гонке тоже в Чикаго.
Baker Electric (1899)
Baker – первая компания, выпустившая двухместный электромобиль. Начальный модельный ряд состоял из 2-местного Runabout и 4-местного Stanhope. Последний был продан в количестве 800 экземпляров, что вывело Baker в мировые лидеры производителей электромобилей.
За всю историю Baker Electric выпускала 17 разных типов кузовов для своих электромобилей. Автомобиль Baker был в автопарке у Говарда Тафта – первого президента США, который пересел на моторизированный транспорт.
В 1910 году модель Model V установила рекорд дальности – электромобиль проехал без подзарядки 393 километра. Годом позже в Кливленде Baker строит гараж для зарядки электромобилей.
Несмотря на хороший спрос и обширный модельный ряд, Baker не смога выдержать конкуренции с Ford и в 1916 году была поглощена Rauch and Lang.
Lohner-Porsche (1900)
Электромобиль Lohner-Porsche был разработан Фердинандом Порше. Автомобиль развивал скорость до 59,5 км/ч, что было рекордом того времени. В 1901 году Порше переделал электромобиль в гибрид.
В 2011 году инженеры Porsche Engineering с кузовным ателье Drescher воссоздали электромобиль. Полностью рабочую копию легендарного Lohner-Porsche можно увидеть в музее Porsche в Штутгарте.
Detroit Electric (1907)
Электромобиль Detroit Electric был хорошо встречен публикой. Первые годы после старта продаж производитель реализовывал по 1000 автомобилей в год. Всего же за 33 года существования бренда удалось продать 13 тысяч электромобилей.
Вместо педалей, руля и рычага коробки передач у Detroit Electric было две ручки. Одна из них отвечала за направление движения, а вторая за скорость. За отдельную плату на автомобиль можно было установить дополнительные источники питания, и дальность поездки увеличивалась с 65 до 130 километров.
Совместный проект Эдисона и Форда (1914)
Прототип, разработанный Томасом Эдисоном для Генри Форда, никогда не выходил в серию. В 1915 ходили слухи о том, что совместное детище вот-вот выйдет на рынок по цене 500 долларов. Однако из-за слабых батарей проект был свернут, а Форд вернулся к своим разработкам.
Молоковоз Wales & Edwards (1951)
В середине 20 века было несколько моделей молоковозов на электрической тяге, компания Wales & Edwards была одной из первых. Автомобиль использовали для доставки молока на дом.
Выбиться в лидеры отрасли Wales & Edwards смогла благодаря плавному ходу своих молоковозов и хорошей управляемости в плохих дорожных условиях.
Vectress (1959)
Электромобиль Vectress – это маркетинговый ход. Он был разработан для продвижения батареи Джорджа Липпинкоттона. Автомобиль мог проехать 241 км или 8 часов без подзарядки. Кроме того, он имел встроенное зарядное устройство.
Vectress не смог конкурировать с бензиновыми агрегатами из-за высокой стоимости. В 1959 году за электромобиль просили 2000 долларов (около 20000 долларов по нынешнему курсу). Проект так и остался на стадии прототипа.
Ford Comuta (1967)
В 1967 году британское подразделение Ford разработало двухместный электромобиль Comuta. Автомобиль разгонялся до 32 км/ч и имел запас хода в 64 километра.
Электромобиль был достаточно проработан, чтобы выходить в серию. Тем не менее, Comuta так и осталась прототипом. Всего было выпущено два автомобиля, один из них находится в Научном музее Лондона.
Enfield 8000 (1969)
Для выпуска электромобиля Enfield выбрали не самое удачное время. В 1969 году цены на топливо были достаточно низкими, поэтому конкурировать с бензиновыми собратьями электромобилю было тяжело.
Тем не менее Enfield был продан в количестве 108 экземпляров, 61 из них выкупил британский Совет по электрификации.
NASA Lunar Roving Vehicle (1971)
Лунный электромобиль был выпущен всего в четырех экземплярах, но все равно заслуживает того, чтобы быть упомянутым.
Три передвижных аппарата, питающихся от батареи, были отправлены на Луну в помощь астронавтам. Электромоторы поместили в колеса, чтобы луноход лучше справлялся с неровностями.
Батарея лунохода не перезаряжалась, так как его запустили для однократной миссии. Все три экземпляра до сих пор находятся на Луне.
Exide Sundancer (1973)
Еще один маркетинговый электромобиль — Exide Sundancer. Он был построен, чтобы продемонстрировать возможности батареи Exide. Их разместили в полу, как в современных автомобилях.
Exide Sundancer мог разогнаться до 100 км/ч и имел запас хода в 160 километров. Электромобиль хорошо показал себя в ходе дорожных испытаний.
CitiCar (1974)
В маленьком CitiCar было всего два места. Электромобиль стоил недорого за счет угловатого кузова: производителю не нужно было тратиться на выплавку деталей округлой формы.
Автомобиль, запас хода которого составлял 96 километров, был ориентирован на городских жителей. Производство было прекращено в 1977 году из-за низкого уровня продаж.
Zagato Zele (1974)
Электромобиль Zagato Zele – это еще одна попытка создать доступный городской электрокар. Всего в мире было продано 500 экземпляров Zagato Zele.
Подвеску Zagato Zele позаимствовал у Fiat 500. Клиенты могли выбрать, какое количество батарей им необходимо. Максимальная дальность составляла 80 километров.
Большинство модификаций Zagato Zele были двухместными, но в США также поставлялась удлиненная четырехместная версия.
GM EV1 (1996)
Электромобиль EV1 от General Motors считают последним из старой эры электромобилей и ярким предвестником эры новой. Полностью электрическое купе построили после заявления Калифорнийского совета по воздушным ресурсам о необходимости выпуска автомобиля с нулевым уровнем выбросов.
Купе можно было только взять в аренду, в свободную продажу EV1 не поступал. В GM считали, что это опытный образец и нет необходимости пускать его в серию.
Спустя год Toyota выпустит гибридный Prius, и с тех пор забота о снижении уровня выбросов станет главной темой всех мировых автопроизводителей.
Больше интересного про электромобили
Самые ожидаемые электромобили. Что нового появится в 2019-2020?
На рынке электромобилей скоро появится много новинок. Audi, Mini, DS, Skoda и другие производители впервые попробуют себя в электротранспорте. AutoCar написал о самых ожидаемых электромобилях 2019-2020 годов, а мы публикуем перевод.
Почему электромобили строить сложнее, чем многоразовые ракеты?
2018 год начался очень по-разному для двух главных проектов Илона Маска: Tesla и Space X.SpaceX успешно запустил ракету Falcon Heavy и семь орбитальных миссий. В это время Tesla изо всех сил пыталась поднять показатели производства электроседана Model 3 в соответствии со своим публичным планом. 23 марта за рулем Tesla погиб водитель: автопилот направила автомобиль в барьер, хотя вообще эта система не была предназначена для использования без водительского контроля.
Какими бывают электромобили и чем они друг от друга отличаются? Разбираемся в главных терминах
Расскажем в этом посте, чем BEV отличается от PHEV, что означают все эти аббревиатуры и какие электромобили можно потестировать в каршеринге.
Источник http://www.chipnews.ru/html.cgi/arhiv/02_01/9.htm
Источник https://integral-russia.ru/2017/04/24/umnye-avtomobili-istoriya-i-perspektivy/
Источник https://truesharing.ru/tp/19051/